一种基于双馈风电机组的惯量控制系统及方法技术方案

一种基于双馈风电机组的惯量控制方法，包括电网频率检测模块，惯量响应控制模块；电网频率检测模块用于快速和高精度的检测到电网频率；惯量响应控制模块，根据检测到的电网频率变化为依据，分别控制风电机组的转矩和转速；实现模拟某固定惯量时间常数的同步机惯量响应特性，将转矩指令传送给变流器；转速指令用于主控进行发电机运行转速控制，转速控制环的限幅参数会根据电网频率及机组的运行工况进行实时调整。以及提供一种基于双馈风电机组的惯量控制方法。本发明专利技术有效解决风电高渗透率下频率稳定性问题。

Inertia control system and method based on double fed wind power generator set

A doubly fed wind turbine inertia control method based on grid, including frequency detection module, inertia response control module; frequency detection module is used for fast and high precision detection to the grid frequency; inertia response control module, according to the power frequency change detected according to the torque and speed of wind turbine control; to realize synchronous machine inertia simulation of a fixed inertia time constant response, the torque command is transferred to the main control instruction for speed converter; running speed generator control, limiting parameters of speed control loop will be adjusted according to the operation conditions of power grid frequency and unit. As well as a method of inertia control based on doubly fed wind turbine. The invention effectively solves the problem of frequency stability under high permeability of wind power.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风电
，尤其是一种双馈风电机组参与电网频率调节的控制系统及方法。
技术介绍
随着风电在电源结构中的比例不断增大，其对电力系统安全稳定运行的影响日益显著。部分地区风电发展与系统安全运行的矛盾逐步显现，弃风现象不断出现，风电消纳已经成为影响中国风电健康发展的关键问题。那么，由于风电在电力系统中所占比重的不断攀升以及变速恒频风电技术的广泛应用，风电并网给电力系统稳定运行带来了新的挑战，系统面临如电压控制、频率调节和电能质量等问题。因而，使风电机组为系统提供辅助性的服务如频率调节、无功控制等成为风电发展的必然趋势。通常，发电厂对于系统频率的响应包括惯性响应、一次调频和二次调频，且3种频率控制形式之间功能互补、相辅相成。惯量响应有短期向电网注入有功功率的能力，直到系统一次调频控制激活。传统发电机惯量响应能力与其物理质量块大小、同步电机的物理现象有关，发电机选型确定后，转动惯量为恒定值且无法改变。双馈风力发电机组其转子通过换流器与电网连接，造成转子转速与系统频率解耦，对系统的惯量没有贡献，无法为一次频率控制提供支撑。由于变速风电机组采用了电力电子变换器，实现了机械功率与系统电磁功率的解耦控制，也因此失去了对频率的快速有效响应，导致其旋转动能对整个系统的惯量几乎没有贡献。风电机组动能包括叶片、齿轮箱、发电机的动能。机组叶片惯量远高于发电机的惯量，但是发电机有较高的转速，所以风电机组中储存了大量的动能。
技术实现思路
为了解决现有风电并网方式带来的电网频率稳定性较差的不足，本专利技术提供了一种有效解决风电高渗透率下频率稳定性问题的基于双馈风电机组的惯量控制系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双馈风电机组的惯量控制系统，包括：电网频率检测模块，用于快速和高精度的检测到电网频率；惯量响应控制模块，用于根据检测到的电网频率变化为依据，分别控制风电机组的转矩和转速；所述惯量响应控制模块中，模拟某固定惯量时间常数的同步机惯量响应特性，将转矩指令传送给变流器；转速指令用于主控进行发电机运行转速控制，转速控制环的限幅参数会根据电网频率及机组的运行工况进行实时调整。一种基于双馈风电机组的惯量控制方法，所述控制方法包括以下步骤：1)频率采集：以风电机组出口端为测量点，采集电网电压的频率，并进行滤波处理；2)转矩控制：根据预设的某惯量时间常数、检测发电机组实时转速、并且获取频率检测模块传送的频率，根据变化率计算出惯量响应的附加转矩，并将常规转矩控制环的转矩给定值与附加转矩相加后传送给变流器；3)转速控制：控制根据当前转速、转速变化率、预设模拟的惯量时间常数计算出转速初始目标值，对转速初始目标值进行限幅处理，参考发电机惯量控制前的转速进行机组运行状态的判断，并根据转速和电网频率设置限幅参数。进一步，所述步骤2)中，附加转矩我计算公式如下： Δ T = K d f d t ]]>其中，ΔT为附加转矩，K为附加转矩计算系数，由机组额定容量、额定频率和发电机转速参数决定，f为电网频率。更进一步，所述步骤3)中，转速初始目标值ωt，计算公式如下： 1 2 Jω t 2 = K d f d t × ω g × T + 1 2 Jω g 2 ]]>其中，ωg为发电机当前转速；K为附加转矩计算系数；T为转速控制周期；J为风力发电机组惯量值；ωt为转速初始目标值；为转速变化率。本专利技术的技术构思为：双馈风力发电机组的转子通过换流器与电网连接，造成转子转速与系统频率解耦，对系统的惯量没有贡献，无法为一次频率控制提供支撑。但是，风电机组动能包括叶片、齿轮箱、发电机的动能。机组叶片惯量远高于发电机的惯量，但是发电机有较高的转速，所以风电机组具有大量的动能。由于变速风电机组采用了电力电子变换器，风电机组能够快速的控制响应效果，因此考虑模拟常规同步机的惯量特性。电网频率检测和采集模块以风电机组出口端为测试点，对测量的电网频率进行低通滤波处理，根据电网频率的变化率(增大或减小)进行转矩和转速控制。首先，转矩控制根据预设的某惯量时间常数、发电机组实时转速、频率变化率计算出惯量响应的附加转矩，并将常规转矩控制环的转矩给定值与附加转矩相加后传送给变流器；其次，转速控制根据当前转速、转速变化率、预设模拟的惯量时间常数计算出转速目标值。最后，对于上述给定的转速目标值进行限幅后，再进行发电机的转速控制。对于机组的限幅值需要根据发电机惯量控制前的转速进行机组运行状态的判断，并根据转速和电网频率设置限幅参数。本专利技术的有益效果主要表现在：1.根据电网频率变化可以快速的提供频率支撑；2.由于频率支撑的主要依据为频率变化率，所以惯量响应频率支撑效果显著；3.采用了转矩和转速同时控制的方法，实现了最大功率跟踪控制环与惯量响应控制环之间的耦合；4、采用转速限幅参数实时变化的方法，保证了机组在不同运行区间转速的平滑控制。图1是转矩控制示意图。图2是转速控制及转速限幅示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。参照图1～图2，一种基于双馈风电机组的惯量控制系统，包括：电网频率检测模块，用于快速和高精度的检测到电网频率；惯量响应控制模块，用于根据检测到的电网频率变化为依据，分别控制风电机组的转矩和转速；所述惯量响应控制模块中，模拟某固定惯量时间常数的同步机惯量响应特性，将转矩指令传送给变流器；转速指令用于主控进行发电机运行转速控制，转速控制环的限幅参数会根据电网频率及机组的运行工况进行实时调整。一种基于双馈风电机组的惯量控制方法，所述控制方法包括以下步骤：1)频率采集：以风电机组出口端为测量点，采集电网电压的频率，并进行滤波处理。2)转矩控制：根据预设的某惯量时间常数、检测发电机组实时转速、并且获取频率检测模块传送的频率，根据变化率计算出惯量响应的附加转矩，计算公式如下： Δ T = K d f d t ]]>其中，ΔT为附加转矩，K为附加转矩计算系数，由机组额定容量、额定频率、发电机转速等参数决定，f为电网频率。将常规转矩控制环的转矩给定值与附加转矩相加后传送给变流器。3)转速控制：根据当前转速、转速变化率、预设模拟的惯量时间常数计算出转速初始目标值ωt，计算公式如下： 1 2 J&ome本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双馈风电机组的惯量控制系统，其特征在于：所述惯量控制系统包括：电网频率检测模块，用于检测电网频率；惯量响应控制模块，用于根据检测到的电网频率变化为依据，分别控制风电机组的转矩和转速；所述惯量响应控制模块中，模拟某固定惯量时间常数的同步机惯量响应特性，将转矩指令传送给变流器；转速指令用于主控进行发电机运行转速控制，转速控制环的限幅参数会根据电网频率及机组的运行工况进行实时调整。

【技术特征摘要】
1.一种基于双馈风电机组的惯量控制系统，其特征在于：所述惯量控制系统包括：电网频率检测模块，用于检测电网频率；惯量响应控制模块，用于根据检测到的电网频率变化为依据，分别控制风电机组的转矩和转速；所述惯量响应控制模块中，模拟某固定惯量时间常数的同步机惯量响应特性，将转矩指令传送给变流器；转速指令用于主控进行发电机运行转速控制，转速控制环的限幅参数会根据电网频率及机组的运行工况进行实时调整。2.一种采用如权利要求1所述的基于双馈风电机组的惯量控制系统实现的惯量控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：1)频率采集：以风电机组出口端为测量点，采集电网电压的频率，并进行滤波处理；2)转矩控制：根据预设的某惯量时间常数、检测发电机组实时转速、并且获取频率检测模块传送的频率，根据变化率计算出惯量响应的附加转矩，并将常规转矩控制环的转矩给定值与附加转矩相加后传送给变流器；3)转速控制：控制根据当前转速、转速变化率、预设模拟的惯量时间常数计算出转速初始目标值，对转速初始目标值进行限幅处理，参考发电机惯量控制前的转速进行机组运行状态的判断，并根据转速和电网频率设置限幅参数。3.如权利要求2所述的惯量控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，附加转矩计算公式如下： Δ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨靖，许国东，应有，孙勇，李照霞，朱长江，
申请(专利权)人：浙江运达风电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33